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import com.google.api.client.json.gson.GsonFactory;
import com.google.api.services.translate.Translate;
import com.google.api.services.translate.model.TranslationsListResponse;
import com.google.api.services.translate.model.TranslationsResource;

import java.io.IOException;
import java.security.GeneralSecurityException;
import java.util.Arrays;

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public class GoogleTextTranslate {

    private static final String content = "前言" +

            "碱性聚电解质膜燃料电池（APEFC）由于在碱性环境中工作，因此可以使用镍、铬等非贵金属作为催化剂，这类电池还具有更高的电极反应速率，应用前景极其广阔[1,2]。碱性聚电解质膜是APEFC的核心部件，起到传递氢氧根离子和分隔阴、阳两极的双重作用，其性能将直接关系到燃料电池的性能[3,4]。" +

            "壳聚糖是甲壳素脱乙酰化的产物，其原料来源广泛、成膜性良好、易进行化学功能化改性，已在膜材料领域得到了广泛的应用[5,6]。将壳聚糖接枝具有氢氧根离子交换功能的季铵阳离子基团，能使所得的季铵化壳聚糖（QCS）具有较高的离子电导率，且其制备工艺简单、温和，不需要像芳族聚合物（如聚芳醚砜）的季铵化须经过强致癌的氯甲基化过程，适宜大规模生产和应用。然而，QCS在季铵取代度较高时极易发生溶胀从而减低其机械性能，难以满足燃料电池装配和运行的需求。为了在保持较高离子电导率的情况下，降低膜的溶胀同时提高机械性能，对QCS进行交联和复合是一条简单有效的途径。邹燕等[7]将无机纳米TiO2加入到QCS中，制备了有机-无机QCS/TiO2杂化膜，成功地提高了QCS膜的机械性能。Geng等[8]将碳纳米管（CNTs）加入到壳聚糖膜中，同时改善了膜的甲醇阻隔性和机械强度。我们前期将表面季铵化的SiO2与高季铵取代度的QCS/聚乙烯醇共混基体复合，发现复合膜的离子电导率的离子电导率和热稳定性有所提升，但碱性稳定性和力学性能有待进一步提高[9]。" +

            "本文首先通过表面沉积交联法制备了壳聚糖包覆的碳纳米管，再将包覆层进行季铵化得到了季铵化壳聚糖包覆碳纳米管（QCS@CNTs），包覆层的季铵化改性不仅能促进碳纳米管在QCS基体中的分散，而且还能赋予其一定的离子交换能力；将该QCS@CNTs与QCS基体复合、交联制备了QCS/QCS@CNTs复合碱性聚电解质膜，并对复合膜的结构和性能进行了研究。" +

            "1 实验部分" +

            "1.1 原料与仪器" +

            "壳聚糖：浙江奥兴生物科技有限公司，分子量为100万；环氧丙基三甲基氯化铵（GTA）：分析纯，上海笛柏生物科技有限公司；碳纳米管：直径40-60 nm，长度<2 μm，纯度>97%，深圳纳米港有限公司；戊二醛：分析纯，天津市化学试剂研究所；其他试剂为分析纯，均购于国药集团化学试剂有限公司。" +

            "透射电子显微镜：日本电子JEOL2100F；扫描电子显微镜：日本电子 JSM-6510；电化学工作站：瑞士万通公司Autolab PGSTAT 302N；综合热分析仪：德国耐驰公司STA 449 F5；激光共聚焦拉曼光谱仪（LabRAM HR Evolution，日本 HORIBA Scientific Co.)。" +

            "1.2 QCS的制备" +

            "采用GTA作为季铵化试剂，控制GTA:壳聚糖的质量比为2:1，利用GTA结构中的环氧基团与壳聚糖分子上的胺基发生反应生成QCS，按照文献[9]中的步骤进行反应，所得QCS的季铵化取代度经硝酸银滴定法约为45%。" +


            "Fig.1 Quaternization reaction of chitosan" +

            "1.3 QCS@CNTs的制备" +

            "利用非共价表面沉积-交联法制备出壳聚糖包覆的碳纳米管[10]：将100 mg壳聚糖溶解于100 mL 醋酸水溶液中（1 vol.%），向溶液中加入100 mg CNTs，超声分散均匀后，向体系中滴加稀氨水调节pH=9，使壳聚糖从溶液中析出并沉积在CNTs的表面；然后在60oC条件下往体系中滴加戊二醛，对沉积在CNTs表面的壳聚糖进行交联，持续反应1 h后，经离心、用稀醋酸清洗未交联的壳聚糖后得到壳聚糖包覆的碳纳米管（CS@CNTs）。然后采用2.2中同样的过程对碳纳米管表面包覆的壳聚糖进行季铵化处理得到QCS@CNTs。" +

            "1.4QCS/QCS@CNTs复合膜的制备" +

            "将QCS溶于1 wt.%的乙酸溶液中，称取不同比例的QCS@CNTs加入到QCS溶液中，超声分散均匀后，加入一定量的戊二醛并调节到适当的pH值，在室温条件下交联反应1 h后，经溶液浇铸法成膜。最后将膜泡在1 mol L-1的KOH溶液中进行离子交换，得到OH-型的x-QCS/QCS@CNTs膜，其中x为QCS@CNTs占QCS基体的质量百分比。" +

            "1.5 样品表征" +

            "采用透射电子显微镜观察碳管包覆前后的形貌变化，工作电压200 kV，碳管样品分散于稀醋酸溶液中，滴在覆有碳膜的铜网上观察。采用拉曼光谱仪测试测定CNTs包覆前后的结构变化，激发光源波长：532 nm，光谱扫描范围：50-4000 cm-1。采用综合热分析仪对制得的样品进行热失重分析，测试气氛为氮气，测试温度范围为50-800℃，升温速率为10 ℃ min-1。采用扫描电镜观察QCS@CNTs在膜基体中的分散情况，将膜浸于液氮中淬断，断面经表面喷金后直接观察。在万能材料试验机上测定膜的应力-应变曲线以获得机械性能数据，膜样条的尺寸1 cm × 4 cm，拉伸速率2 mm min-1。" +

            "复合膜的离子电导率采用电化学阻抗法测试：将膜剪成大小约为2.2 cm × 1.2 cm薄片，在1 mol L-1 KOH溶液中浸泡24 h 后，再浸泡在去离子水中24 h后，取出后在电化学工作站上用两电极法进行测定，按公式（1）计算出离子电导率σ：" +

            "                                 （1）" +

            "式中，S=W×D，S为膜的横截面积（cm2），W为膜的宽度（cm），D为膜的厚度（cm），L为两铂电极之间的距离（cm），R是膜的电阻值。" +

            "2. 结果与讨论" +

            "2.1 QCS@CNTs的表征" +


            "Fig.2 TEM images of (a) CNTs, (b, c) QCS@CNTs." +

            "Fig.2为原始CNTs与QCS@CNTs在不同放大倍数下的透射电镜对比图，由Fig.2a可见，原始CNTs的管壁光滑、无任何包覆物质；而经QCS包覆之后，其形貌发生了变化，从Fig.2c中可以清晰地看到CNTs表面有一层浅色的聚合物包覆层，包覆层厚度大约为8 nm。为了更进一步证实浅色的包覆层为QCS，我们后续又对原始CNTs和QCS@CNTs粉末进行拉曼散射光谱测试，所得拉曼谱图如Fig.3a所示，可以看到两种碳纳米管样品均呈现出三个主要的拉曼散射峰，其中拉曼位移处于~1300cm-1和~1600cm-1处的散射峰为D峰和G峰，分别对应为碳纳米管结构中sp3杂化碳和sp2杂化碳的散射峰，~2650cm-1处的峰为碳纳米管的2D谱带。通常，采用D峰和G峰的强度比值I(D)/I(G)来表示碳纳米管结构中碳的有序程度，该值越高，表明sp3杂化碳的比例越高。从对比结果来看，纯碳纳米管的I(D)/I(G)值为0.787，而经壳聚糖包覆改性之后，I(D)/I(G)值增至0.914，这表明结构中无序碳的含量增多。由于包覆处理过程中CNTs本身未经过酸化处理，I(D)/I(G)值的增大可以认为是壳聚糖包覆层中sp3杂化碳的引入所致。" +

            "Fig.3 (a) Raman spectra of CNTs and QCS@CNTs, (b) TGA curves." +

            "为了测定QCS@CNTs样品中聚合物的包覆量，对其进行了热重分析，并将原始CNTs和CS@CNTs一起进行了对比，所得热失重和微商热重曲线如Fig.3b所示。可以看出，CNTs在400oC以前基本无失重，而CS@CNTs与QCS@CNTs的最终失重量类似，均为28%，这对应为碳纳米管表面包覆的聚合物的失重，因此QCS在碳纳米管表面的包覆量为28%。另外，CS@CNTs与QCS@CNTs的热失重温度略有不同，通过微商热重曲线可以明显确定CS@CNTs的最大失重温度为292oC，而经季铵化处理之后，QCS@CNTs的最大失重温度下降至247 oC，这说明季铵化改性之后，其热稳定性略有降低。" +

            "2.2 QCS/QCS@CNTs复合膜的结构与性能" +


            "Fig.4 Cross-sectional SEM images of QCS/QCS@CNTs composite membranes." +

            "碳纳米管易发生团聚，难以在聚合物基体中分散，且与基体的界面粘结强度较低，无法有效地传递复合材料所承受的载荷，这不利于碳纳米管增强作用的发挥。为了确定表面包覆改性是否会促进碳纳米管在QCS基体中分散，我们对不同掺杂比例的复合膜进行了断面扫描电镜测试，所得结构如Fig.4所示：未添加QCS@CNTs的纯膜断面致密、均一，无颗粒状物质出现；而QCS/QCS@CNTs复合膜的淬断面结构中均出现了颗粒状的白点，这些白点即为淬断后分布在复合膜中的QCS@CNTs，可以看出，QCS@CNTs能比较均匀地分布在整个断面结构中，即使在掺杂量为5%时，仍无明显的团聚情况出现，这得益于CNTs表面包覆的QCS与膜基体材料之间有很好的相容性，因而能在基体中良好地分散，而分散良好的QCS@CNTs预期将会对复合膜的机械强度带来明显提升。" +

            "燃料电池膜电极的组装以及电池的长期运行都要求碱性聚电解质膜具有足够的力学性能，这是保证电池正常运行和长使用寿命的前提。因此，我们对QCS/QCS@CNTs复合膜的力学性能进行了测试，所得应力-应变曲线如Fig.5a所示，可以发现，随着QCS@CNTs含量的增加，复合膜的拉伸强度逐渐提高，而断裂伸长率则呈现下降的趋势。对于纯QCS膜，其拉伸强度为26.7 MPa，断裂伸长率为48.2%；而添加量为5%的QCS/QCS@CNTs复合膜的拉伸强度增至32.3 MPa，断裂伸长率降至36.8%。这可能是因为在复合膜中均匀分散的QCS@CNTs能在膜材料中形成了物理交联点，在拉伸的过程中抑制了链段的运动并分散应力，使复合膜的拉伸强度得到明显提升。" +


            "Fig.5 (a) Tensile stress-strain curves, (b) water uptake and swelling ratio of QCS/QCS@CNTs composite membranes." +

            "碱性聚电解质膜中OH-传导机理与H+在质子交换膜中的传导类似，主要依赖离子交换基团附近存在的水分子，OH-沿着水分子通道以氢键网络的形成/断裂来进行跳跃传输，也可与水分子结合，利用浓差扩散或拖拽对流来实现离子的传输[4,11]。因此，高含水率是获得高离子电导率的关键，但高水含量也往往会造成膜的过度溶胀，破坏膜的机械稳定性，因而必须平衡碱性聚电解质膜的含水率和溶胀性能。Fig.5b为复合膜的含水率与溶胀率随QCS@CNTs含量的变化曲线，可以发现，当QCS@CNTs添加量在0%~3%时，含水率呈现一个快速下降过程，而继续增加QCS@CNTs的添加量，含水率下降趋于缓慢，最后基本上维持在125%左右。对于复合膜的溶胀性能，由于含水率的下降，复合膜的溶胀程度也远低于纯膜，例如，纯膜的溶胀率高达~550%，而添加1% QCS@CNTs的复合膜仅为~440%（下降率为20%），继续增加QCS@CNTs添加量为2%，溶胀率降至~360%。与含水率变化趋势类似的是，随着QCS@CNTs的继续添加，膜在吸水状态下的尺寸稳定性基本保持恒定。" +


            "Fig.6 (a) Ionic conductivity vs. temperature, (b) ionic conductivity vs. soaking time." +


            "碱性聚电解质膜的OH-离子电导率是决定其能否在碱性聚电解质膜燃料电池中应用的一个重要参数，一般根据电化学阻抗法先测定出膜的阻抗R，再根据公式（1）计算求得。Fig.6a是掺杂不同比例QCS@CNTs的复合膜在不同温度下所测得的离子电导率σ。随着温度的升高，所有样品的离子电导率均呈现上升趋势，这主要是因为温度的升高增强了链段的热运动能力，更有利于离子的传输。而在同温度下进行比较发现，QCS@CNTs的加入使得复合膜的离子电导率略有下降，这可能是因为无机粒子的引入使离子在膜中的传导路径变得曲折，因而导致离子电导率有所下降，但总体上所有复合膜的室温离子电导率均保持在15 mS cm-1以上，能够满足燃料电池对离子电导率的使用需求。" +

            "季铵型碱性聚电解质膜在APEFC中研究最为广泛，但其在高温或强碱条件下，OH-容易依据Hofmann消除反应、E1机理以及SN2亲核取代反应对极性基团铵基进攻，从而使得季铵基团被降解，降低膜的性能[12]。本实验考察了纯膜及复合膜在碱性条件下的稳定性，即将膜在室温1 M KOH水溶液中浸泡，间隔一定时间后取出，反复用去离子水冲洗至冲洗液为中性后，再测定复合膜的离子电导率，所得电导率随时间变化的情况如Fig.6b所示，结果表明，随着浸泡时间的延长，所有膜的离子电导率均呈现出下降的趋势，但未添加QCS@CNTs的纯膜的电导率下降十分明显，在整个测试时间范围内（约300 h），其离子电导率由最初的~22.5 mS cm-1下降至仅10.6 mS cm-1，下降了53%；而复合膜的离子电导率下降趋势并不太明显，在接近300 h的碱液浸泡之后，所有比例的复合膜的离子电导率均明显高于浸泡后的纯膜，表现出了良好的碱性稳定性。可能的原因有两个方面：高稳定性无机物QCS@CNTs的添加，在一定程度上对膜的降解产生了空间阻碍，另外，QCS@CNTs能与QCS膜基体在成膜的过程中经戊二醛交联，形成了致密的交联结构，因而使得复合膜的碱性稳定性能维持在一个较高的水平。综合力学强度、离子电导率和碱性稳定性的结果来看，QCS@CNTs添加量为2%-3%的复合膜表现出较为优异的综合性能。" +

            "3 结论" +

            "本文通过将CNTs进行非共价表面改性使其包覆一层厚约8nm的QCS包覆层，再与QCS基体共混，制备出不同比例的QCS/QCS@CNTs复合膜。并探讨了QCS@CNTs添加量对复合膜的机械性能、离子电导率和碱性稳定性的影响。随着引入QCS@CNTs添加量增加，复合膜的拉伸强度逐渐提高，虽然OH-离子电导率略有下降，但仍能维持在15 mS cm-1以上，且在电池长期运行的碱性环境中的稳定性明显提高。";

    public static void main(String[] arguments) throws IOException, GeneralSecurityException {
        Translate t = new Translate.Builder(GoogleNetHttpTransport.newTrustedTransport(), GsonFactory.getDefaultInstance(), null)
						// Set your application name
						.setApplicationName("Woordee")
						.build();
        Translate.Translations.List list = t.new Translations().list(
                Arrays.asList(
                        // Pass in list of strings to be translated
                        content),
                // Target language
                "en");

        // TODO: Set your API-Key
        list.setKey("AIzaSyAKO8P5gZPcIB3IPCr7NbKJpTDEpbIytHw");
        TranslationsListResponse response = list.execute();
        for (TranslationsResource translationsResource : response.getTranslations()) {
            System.out.println(translationsResource.getTranslatedText());
        }
    }

}
